Rozwój kombinatorycznych terapii w leczeniu urazów rdzenia kręgowego z wykorzystaniem dostarczania komórek macierzystych
7 czerwca 2024
W tym badaniu opracowano i scharakteryzowano kompozytowe hydrożele mimetyczne nerwowe, które mogą być wykorzystywane do badania i wykorzystania proregeneracyjnego zachowania komórek macierzystych pochodzących z tłuszczu do naprawy urazu rdzenia kręgowego.
W tym badaniu opracowano platformę do dostarczania komórek kombinatorycznych w leczeniu urazów rdzenia kręgowego, wykorzystując zdecelularyzowane hydrożele pochodzenia tkankowego. Skuteczność decelularyzacji i żywotność komórek w kompozytowych hydrożelach analizowana, aby określić ich potencjał jako platformy hodowli 3D. Wyniki pozwolą na dalsze badania potencjału terapeutycznego w leczeniu urazów rdzenia kręgowego.
Ostatnio, w dziedzinie naprawy urazów rdzenia kręgowego, decellularyzacja została szeroko wykorzystana w kontekście hydrożeli. Proces ten usuwa wszystkie zanieczyszczenia komórkowe i jądrowe z tkanek lub organów, aby zapobiec negatywnej odpowiedzi immunologicznej, jednocześnie zachowując elementy macierzy zewnątrzkomórkowej. Teraz, gdy hydrożele kompozytowe nerwowe są zoptymalizowane, charakteryzacja platformy będzie kontynuowana, aby zmaksymalizować neuroregeneracyjne zachowanie ASC w naprawie rdzenia kręgowego.
Prace te przyczynią się do rozwoju terapii kombinatorycznej w zakresie naprawy urazów rdzenia kręgowego, zwłaszcza w zakresie rozwoju terapii komórkami macierzystymi dla potencjalnego klinicznego tłumaczenia. Na początek rozmroz zamrożony rdzeń kręgowy w lodówce w temperaturze czterech stopni Celsjusza przez 18 do 24 godzin przed decelularyzacją. Używając sterylnych nożyczek, ostrożnie usuń twardą mater.
Przetnij rdzeń kręgowy na małe kawałki, o długości około jednego centymetra. Włóż trzy części do rurki 50-mililitrowej. Płukaj rdzeń kręgowy wodą dejonizowaną w temperaturze czterech stopni Celsjusza przez 18 do 24 godzin przy 60 obr./min.
Następnie płucz rdzeń kręgowy 0,025% trypsyny EDTA, a następnie PBS przez 15 minut dwa razy. Następnie płucz rdzeń kręgowy następującymi roztworami decelularyzacji. Na koniec płucz rdzeń kręgowy wodą dejonizowaną przez godzinę dwa razy, a następnie PBS przez godzinę.
Następnie liofilizuj rdzeń kręgowy w temperaturze 0,01 milibara i 56 stopni Celsjusza przez trzy dni, zanim przechowujesz go do użycia. Rozmrozić wcześniej zamrożony świński nerw kulszowy w temperaturze czterech stopni Celsjusza w lodówce przez 18 do 24 godzin przed decelularyzacją. Teraz przetnij nerw kulszowy na małe kawałki, około jednego centymetra długości.
Włóż trzy części do rurki 50-mililitrowej. Płukaj nerw kulszowy wodą dejonizowaną przez siedem godzin. Następnie przepłucz nerw kulszowy następującymi roztworami do decellularyzacji.
Następnie liofilizuj go w temperaturze 0,01 milibara i 56 stopni Celsjusza przez trzy dni przed przechowywaniem do użycia. Zacznij od użycia nożyczek autoklawowych, aby rozciąć wcześniej zdecellaryzowany rdzeń kręgowy i nerw kulszowy na proszek. Tkanki trawić osobno w roztworze 0,01 zwykłego kwasu solnego zawierającego jeden miligram na mililitr pepsyny w stężeniu 15 miligramów na mililitr.
Włóż do roztworu pręt magnetyczny i mieszaj w temperaturze 500 obr./min przez co najmniej cztery dni w temperaturze czterech stopni Celsjusza, aby uzyskać roztwory preżelowe. Zmieszaj preżel nerwu kulszowego i rdzenia kręgowego. Następnie rozcieńcz hydrożel do pożądanego stężenia za pomocą medium M199 i PBS.
Użyj jednego zwykłego wodorotlenku sodu i kwasu solnego, aby dostosować pH do 7,4. Po dostosowaniu pH należy ponownie zawiesić ludzkie komórki macierzyste pochodzące z tłuszczu w preżelu o gęstości 1 miliona komórek na mililitr. Rozcieńcz preżel do 12 miligramów na mililitr za pomocą PBS.
Włóż go do dołków, a potem załóż pokrywkę PDMS na pregel. Inkubuj płytkę przez 30 minut w temperaturze 37 stopni Celsjusza. Następnie dodaj PBS do studni.
Zdejmij pokrywę PDMS i roztwór. Dodaj podłoże wzrostu ASC do hydrożeli bogatych w ASC i inkubuj w temperaturze 37 stopni Celsjusza do uprawy.
Przegląd
Niniejsze badanie opracowuje kombinatoryczną platformę dostarczania komórek z wykorzystaniem hydrożeli pochodzących z decelularyzowanych tkanek w celu naprawy uszkodzeń rdzenia kręgowego. Przeprowadzono charakterystykę hydrożeli, aby ocenić ich skuteczność i potencjał jako platformy do hodowli 3D dla mezenchymalnych komórek macierzystych pochodzących z tkanki tłuszczowej.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neurobiologia
- Medycyna regeneracyjna
- Biomateriały
Wstęp
- Decelularyzacja usuwa szczątki komórkowe, aby zapobiec odpowiedziom immunologicznym.
- Komponenty macierzy zewnątrzkomórkowej są zachowane podczas procesu decelularyzacji.
- Hydrożele były szeroko badane pod kątem naprawy uszkodzeń rdzenia kręgowego.
- Mesenchymalne komórki macierzyste pochodzące z tkanki tłuszczowej (ASCs) wykazują działanie proregeneracyjne.
Cel badania
- Opracowanie kompozytowych hydrożeli naśladujących strukturę nerwów.
- Zbadanie proregeneracyjnego zachowania ASC.
- Optymalizacja hydrożeli pod kątem naprawy uszkodzeń rdzenia kręgowego.
Zastosowane metody
- Opracowanie hydrożeli pochodnych z tkanki decelularyzowanej.
- Analiza żywotności komórek w hydrożelach kompozytowych.
- Charakterystyka hydrożeli w celu maksymalizacji właściwości neuroregeneracyjnych.
- Ocena potencjału terapeutycznego w leczeniu urazów rdzenia kręgowego.
Główne wyniki
- Hydrożele kompozytowe wykazały skuteczną decelularyzację.
- W hydrożelach zaobserwowano wysoką żywotność komórek.
- Hydrożele wykazały potencjał jako platforma do hodowli 3D.
- Zaplanowano dalszą charakterystykę w celu usprawnienia zachowania ASC.
Wnioski
- Hydrożele imitujące nerwy mogą ułatwiać badania nad urazami rdzenia kręgowego.
- Hydrożele decelularyzowane mogą poprawić zastosowania terapeutyczne ASC.
- Dalsza optymalizacja jest niezbędna dla skutecznej regeneracji rdzenia kręgowego.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Kombinatoryjne platformy hydrożelowe integrujące decelularyzowane macierze nerwowe z dostarczaniem komórek macierzystych odpowiadają na wieloczynnikowe wyzwania związane z regeneracją uszkodzeń rdzenia kręgowego. Podejście to umożliwia tworzenie istotnych dla przebiegu choroby systemów 3D do oceny strategii neuroregeneracyjnych, co zwiększa pewność prognostyczną w rozwoju terapii na wczesnym etapie. Modułowość platformy pozwala na jej szerokie zastosowanie w badaniach i rozwoju (R&D) w dziedzinie medycyny regeneracyjnej.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wstępne odkrywanie i walidacja celu
- Umożliwia weryfikację hipotez dotyczących neuroregeneracji w kontrolowanym środowisku 3D.
- Wspiera biologiczną redukcję ryzyka poprzez wyizolowanie udziału ECM i komórek macierzystych w procesach naprawczych.
- Ułatwia funkcjonalną walidację celów dla kombinowanych strategii terapeutycznych.
- Stanowi podstawę do zwiększenia pewności predykcyjnej w badaniach nad mechanizmami regeneracyjnymi.
Przesiewy i opracowywanie testów
- Umożliwia tworzenie zwalidowanych układów hodowli 3D do późniejszego screeningu związków chemicznych lub komórek.
- Zapewnia powtarzalne i mierzalne wyniki dotyczące żywotności komórek oraz integracji z macierzą.
- Wspiera standaryzację testów w celu zapewnienia porównywalności wyników między różnymi badaniami i zespołami.
- Umożliwia skalowalne przygotowanie platform hydrożelowych do wysokoprzepustowego screeningu wysokotreściowego (high-content screening).
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Jest zgodny z modelami istotnymi dla danej choroby w celu translacyjnego badania biomarkerów.
- Zapewnia ciągłość od etapu odkrycia po przedkliniczną walidację interwencji neuroregeneracyjnych.
- Wspiera podejmowanie decyzji o dalszym rozwoju z uwzględnieniem ryzyka, dostarczając wglądu w mechanizmy oddziaływań między komórką a macierzą.
- Umożliwia predykcyjne zmniejszenie ryzyka w przypadku kandydatów na terapie oparte na komórkach macierzystych.
Integracja potoku i przepływu pracy
Ta platforma oparta na hydrożelu integruje się z kontinuum od etapu odkryć do badań przedklinicznych, umożliwiając iteracyjne testowanie hipotez oraz redukcję ryzyka mechanistycznego w przypadku terapii neuroregeneracyjnych.
- Biologia odkrywcza: Umożliwia opartą na hipotezach ocenę synergii między ECM a komórkami macierzystymi w regeneracji nerwowej.
- Przesiewanie: Zapewnia powtarzalny system testowy 3D do oceny żywotności komórek i kompatybilności macierzy.
- Analityka: Generuje ilościowe dane dotyczące kinetyki żelowania, właściwości mechanicznych i przeżywalności komórek.
- Badania translacyjne: Łączy wyniki in vitro z modelami przedklinicznymi poprzez naśladowanie naturalnego środowiska neuronalnego.
- Zastosowania w przedsiębiorstwie: Oferuje modułową, adaptowalną platformę dla różnorodnych programów medycyny regeneracyjnej.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną i redukuje niejednoznaczność mechanistyczną w badaniach nad neuroregeneracją.
- Wartość operacyjna: Standaryzuje procesy pracy z kulturami 3D i zwiększa powtarzalność wyników między zespołami.
- Wartość strategiczna: Wspiera podejmowanie decyzji typu go/no-go i optymalizuje alokację zasobów w portfelach we wczesnej fazie rozwoju.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację kandydatów na terapie kombinowane i komórkowe z uwzględnieniem analizy ryzyka.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymaga doświadczenia w zakresie decelularyzacji, formulacji hydrożeli oraz hodowli komórek macierzystych.
- Wymaga dostępu do aparatury do obróbki tkanek, liofilizacji oraz instrumentarium analitycznego.
- Konieczna jest standaryzacja protokołów przygotowania hydrożeli i osadzania komórek pomiędzy zespołami.
- Możliwa jest konieczność adaptacji metody dla różnych źródeł tkanek lub typów komórek.
- Ograniczenia obejmują potrzebę dalszej charakterystyki w celu maksymalizacji efektów neuroregeneracyjnych.
Najczęściej zadawane pytania dotyczące biofarmacji
Chapters in this video
0:00
Introduction
1:22
Decellularization of Porcine Spinal Cords
2:38
Porcine Sciatic Nerve Decellularization for 3D hASC Culture to Develop Composite Hydrogels
3:27
Digestion of Decellularized Spinal Cord and Sciatic Nerve and Fabrication of Composite Hydrogels
